1. 서 론
2. 재료 및 방법
조사해역
해양 플라스틱 쓰레기 분류 및 표면적 측정
중형저서부착생물의 채집
통계분석
3. 결 과
환경요인
플라스틱 쓰레기의 재질과 표면적
재질별 출현 서식밀도와 빈도
중형저서부착생물의 평균 서식밀도와 우점 분류군
표면적에 따른 출현 서식밀도와 분류군 수의 관계
4. 고 찰
RIC를 이용한 중대형 플라스틱 쓰레기 재질 분류
플라스틱 재질에 따른 분류군 조성과 우점분류군
플라스틱 재질과 표면적 그리고 서식밀도
5. 결 론
1. 서 론
해양 플라스틱 쓰레기는 해양환경에 버려진 제조되거나 가공된 모든 종류의 플라스틱 재질의 고형물질로 정의되며(NOAA 2013), 인류가 직면한 새로운 환경문제로 인식되고 있다(Gregory 1999). 전 세계적으로 연간 수거된 약 25억 톤의 고형폐기물 중, 약 2억 7,500만 톤이 플라스틱 재질이며, 그중 약 800만 톤이 해양으로 유입된다(Hoornweg and Bhada-Tata 2012; Jambeck et al. 2015). 플라스틱은 가볍고 내구성이 강하며 해양 미생물과 햇빛에 의해 천천히 분해되는 특성으로 인해 해양환경에 오랫동안 잔류한다(Andrady 2011). 플라스틱 수명은 폴리머의 물리적 및 화학적 특성에 따라 약 100–1,000년으로 추정된다(Jayasiri et al. 2013). 또한, 플라스틱 폴리머의 밀도(예: 폴리에틸렌 0.86 g cm-3, 폴리프로필렌 0.86 g cm-3)가 해수 밀도(약 1.03 g cm-3) 보다 낮아 해수면에 부유하며(Ryan 2015), 해류와 바람에 의해 이동하여 해안가에 축적되고, 생물부착(biofouling)에 의해 해저까지 다다른 결과로 바다의 모든 곳에서 관찰된다(Pauli et al. 2017). 이 때문에 해양 플라스틱 쓰레기는 해변에서 발견되는 해안쓰레기, 해수면에 부유하는 부유쓰레기와 해저에 가라앉은 해저침적쓰레기로 분류된다(Galgani et al. 2015). 이 중에서 육상에서 제조되고 활용 후 의도적/비의도적으로 강물에 휩쓸려 내려온 부유 및 해안쓰레기가 가장 흔히 관찰된다(Frost and Cullen 1997; Jayasiri et al. 2013).
해양 플라스틱 쓰레기는 해양생태계 내에서 다양한 경로를 통해 영양학적 단계별 주요 생물들에 부정적 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 해양생물은 먹이와 플라스틱 간의 식별 능력이 부족하여 무작위적 섭식(ingestion)을 통해 체내로 유입 및 축적되어 장 폐쇄, 위 효소 분비 억제, 섭식자극 감소, 그리고 생식 장애가 발생하는 것으로 알려져 있다(Azzarello and Van Vleet 1987; Derraik 2002). 폐기된 그물과 밧줄, 그리고 낚싯줄에 얽힌 해양생물(바다거북, 해양 포유류, 어류 등)들은 유영과 섭식이 제한되어, 포식자를 피하지 못한 결과로서 사망에 이른다(Jones 1995; Derraik 2002). 그리고, 플라스틱 쓰레기에 부착된 생물들은 해류를 타고 고유서식지에서 타 해역으로 건너가 표착되어 해양생태계에 중대한 영향을 미칠 수 있다(Gregory 1999). 유입된 외래종은 토착종의 개체수 감소와 멸종으로 이어질 수 있으며, 제한된 먹이자원과 공간을 두고 경쟁을 할 수 있다(Li et al. 2016; Pinochet et al. 2020). 또한, 토착종 서식지의 군집과 먹이망(food web) 구조를 변화시켜 영양 순환과정의 변화를 초래하고, 기생성 종 등에 의한 질병을 유발하여(Ruiz et al. 1997; Molnar et al. 2008), 서식지 교란의 결과로서 전 세계 해양생물 종 다양성이 58%까지 감소할 수 있다는 연구사례가 있다(McKinney 1998).
2011년 3월 초대형 쓰나미(규모 9.0)가 일본 동부 해역을 강타한 이후 플라스틱 조각부터 어선, 대형 부두까지 수백만 개의 쓰레기들이 태평양으로 유입 및 이동하여 하와이와 캘리포니아 해안까지 유입되었다(Carlton et al. 2017). 유입된 각종 쓰레기에서 일본해역에서 부착 및 서식하고 있던 대형무척추동물(235종), 어류(2종), 소형무척추동물(33종)과 원생생물(19종) 등이 발견되었고(Carlton et al. 2017), 특히 홍합(Mytilus galloprovincialis)은 번식가능한 상태로 워싱턴주와 오리건주에 도착하였다(Miller et al. 2018).
외래종의 일상적 유입원으로 알려진 선체부착생물(ship biofouling)과 선박평형수(ballast water)의 경우, 선박별 항해 관리시스템을 통해 이동 경로와 유입 시기를 예측할 수 있는 반면, 중대형 해양쓰레기는 유입원 및 시기 그리고 이동경로가 불분명하다(Carlton and Geller 1993; Miller et al. 2018). 특히, 바람과 해류에 의해 장거리 이동이 가능하여 다른 생물지리역에 속한 생태계에 미칠 위해 가능성이 더 클 수 있다(Miller et al. 2018).
해양환경에 노출된 모든 종류의 기질(substrate) 표면에는 유기물막이 형성되고 박테리아와 미세조류(microalgae) 그리고 부착성 무척추생물의 유생이 부착 및 발달하면서 공간과 자원경쟁을 하며 성장한다(Thiel and Gutow 2005; Póvoa et al. 2021). 부착성 무척추생물의 생활사 중 유생시기는 이동이 가능한 유일한 시기로서, 유생이 정착할 서식지와 기질선택은 군집형성과 유지에 매우 중요하다(Burgess et al. 2012; Pinochet et al. 2020). 현재까지 보고된 해양 플라스틱 쓰레기에서 출현한 분류군은 미생물군을 포함한 355종이 넘는 분류군이 보고되었으나, 이는 따개비류, 태형동물, 다모류 및 해조류 등에 국한되었고(Bravo et al. 2011; Kiessling et al. 2015), 유생을 포함한 중형저서부착생물의 출현 분류군에 대한 보고는 거의 없었다.
본 연구에서는 중대형 쓰레기에서 획득한 시료 중, 체의 망목크기를 기준으로 중형저서생물의 크기범주에 속하는 40–1,000 μm 범위의 생물(부착생물과 운동능력이 있는 생물 그리고 유생)을 중형저서부착생물의 연구대상으로 하였다. 2018년부터 2020년까지의 국내 해안쓰레기 모니터링 조사결과를 참고하여 중대형 플라스틱 쓰레기의 출현율이 높은 곳을 조사해역으로 선정하였다(해양환경공단 2020). 플라스틱 쓰레기의 종류는 플라스틱 조각, 부표, 스티로폼, 밧줄, 네트, 음료수병, 그리고 일회용품 포장재 등 다양하였다. 플라스틱 제품은 다양한 폴리머(polymer)로 제조된 것으로서(폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리비닐, 폴리프로필렌, 폴리스티렌), 플라스틱 표면특성은 습윤성(wettability), 거칠기(roughness), 친수성(hydrophilic), 그리고 소수성(hydrophobic) 등에 따라 다르며, 부착오손생물의 초기 부착개체수를 결정하는 요인으로 작용한다(Wahl and Mark 1999; Pauli et al. 2017).
본 연구에서는 2021년 6월에 해양쓰레기 발생량이 높은 것으로 알려진 오염심각해역 8곳(영도, 명지, 흥남해수욕장, 묘도, 고하도, 내치해변, 신양해수욕장, 제주 용수포구)의 해안가와 부두에서 부유 혹은 해변으로 떠밀려 온 중대형 플라스틱 쓰레기를 채집하였다. 채집한 플라스틱 쓰레기 표면에 부착 혹은 일시적으로 기거하는 생물 중에 체의 크기를 기준으로 중형저서생물의 크기범주에 속하는 분류군인 40–1,000 μm의 범위의 생물 서식밀도와 출현빈도를 분석하였다. 또한, 플라스틱 재질과 표면적에 따른 부착 및 일시적 서식 생물의 서식밀도와 출현분류군과의 상관분석을 통해, 연구기간동안 채집된 중대형 플라스틱 쓰레기 표면에서 출현한 중형저서부착생물의 특성을 이해하고자 하였다.
2. 재료 및 방법
조사해역
해양 중대형 플라스틱 쓰레기(> 지름 10 cm) 연구를 위한 조사해역은 국가 해안쓰레기 모니터링(해양환경공단 2020) 정점 중, 해안쓰레기 발생량이 가장 높은 해역을 참고하여 오염심각해역을 8곳으로 설정하였다. 국가 해안쓰레기 모니터링 결과에 따르면, 수거한 쓰레기의 개수는 11월부터 증가하였고, 그 다음해 3월부터는 개수보다는 무게의 증가가 보고되었는데, 이는 쓰레기 절대량보다는 부착생물의 증가와 밀접한 것으로 보고되었다(해양환경공단 2020). 이를 근거로 해안쓰레기의 무게가 증가하는 3월 이후부터 지역 내 여름철 해안쓰레기 수거작업이 시작되기 전의 기간을 우선 대상으로 했고, 본 조사는 2021년 6월에 수행하였다. 조사해역은 남동부(Site-A:영도, Site-B:명지, Site-C:흥남해수욕장), 남서부(Site-D:묘도, Site-E:고하도, Site-F:내치해변), 그리고 제주도(Site-G:용수포구, Site-H:신양해수욕장)해역으로 구분하여 조사하였다(Fig. 1). 해양 플라스틱 쓰레기는 해양환경공단(2020) 자료를 근거로 쓰레기의 많은 비중을 차지한 경질형(음료수병, 각종 뚜껑)(35.5%), 발포형(스티로폼 부이)(27.3%), 섬유형(밧줄, 끈)(20.9%), 그리고 필름형(포장지-라면봉지, 과자봉지, 비닐봉지)(13.8%)을 참고했으며 조사해역당 3개씩 무작위로 채집했고, 쓰레기 형태별로 1개씩 채집하여, 8개 조사해역에서 총 24개의 쓰레기를 채집하였다(Table 1). 채집된 쓰레기는 해안에 떠밀려온 해안쓰레기 중 해수와 접촉되어 있는 것을 대상으로 하였고, 건조된 쓰레기는 제외하였다. 또한, 중형저서부착생물(40–1,000 μm)이 채집된 해역의 환경요인(수온, 염분, 용존산소, 수소이온농도)을 수질측정기(ProDSS Multiparameter Digital Water Quality Meter, YSI, U.S.A)로 측정하였다.
Fig. 1.
Location of study sites considered for sampling of marine plastic debris in Korea during June 2021. SE zone: South–East zone, SW zone: South–West zone, Jeju zone: Jeju island zone. A: Yeongdo, B: Myeongji, C: Heungnam beach, D: Myodo, E: Gohado, F: Naechi beach, G: Yongsupogu, H: Shinyang beach
해양 플라스틱 쓰레기 분류 및 표면적 측정
플라스틱은 폐기 후 자연분해 되기까지 오랜 시간이 소요되므로 열가소성 플라스틱 제품은 분리수거를 통해 재활용된다. 1988년 플라스틱 산업협회(Society of the Plastics Industry)에서 플라스틱 재활용을 활성화하기 위해 ASTM International Resin Identification Coding System (RIC)을 개발하여 국제적으로 플라스틱 분류를 지원하는 기준표로 활용되고 있다(ACC 2007). RIC는 플라스틱 제품 제조 시 사용된 폴리머 정보를 제공하며, 플라스틱 제품 하단부 혹은 포장지의 삼각형 재활용마크 안에 폴리머 정보가 숫자 1에서 7까지 표기되어 있다. 숫자 1에서 6번까지는 특정 유형의 폴리머로 제조되었음을 의미하며, 숫자 7은 1–6번 이외의 플라스틱 폴리머로 정의되었다. 본 조사에서 채집한 쓰레기의 대부분이 훼손된 상태여서 재활용마크를 확인할 수 없어서(Fig. 3), 재활용마크로 재질을 분류하는 대신, 어떤 플라스틱 폴리머로 제조되는지 역추적하였다. 예를 들어, 숫자 1은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)로 생수, 음료 등과 같은 페트병으로 제조되기 때문에 조사해역에서 페트병이 채집되면 해당 제품은 PET 재질로 분류하였다. 플라스틱 부표, 밧줄, 그물, 포장용백, 지퍼백, 포장용기, 그리고 페트병 등은 RIC를 기준으로 분류하였으며(Table 1), 스티로폼 부표는 발포폴리스타이렌(expanded polystyrene, EPS)으로 제조되어 EPS 재질로 분류하였다.
또한, 단위면적당 서식밀도(inds. 0.1 m-2) 계산을 위해 각 조사해역에서 채집한 플라스틱 쓰레기의 가로, 세로, 높이를 측정한 후 표면적을 계산하였다. 표면적은 플라스틱 쓰레기 형태와 가장 유사한 도형으로 가정하여, 그 도형의 겉넓이 공식으로 표면적을 계산하였다. 예를 들어, 밧줄과 페트병의 경우 원기둥으로 가정하였고(원기둥 면적 : 2πr2 + 2πrh), 포장용백과 지퍼백은 사각형으로 가정하여(사각형 면적 : 가로 × 세로), 면의 개수만큼 곱하여 겉넓이를 추정하였다.
중형저서부착생물의 채집
해양 중대형 플라스틱 쓰레기 표면의 중형저서부착생물(40–1,000 μm) 시료확보를 위해, 시료 안쪽과 바깥쪽에 존재하는 모든 생물을 여과해수(0.7 μm GF/F whatman)를 이용한 현장세척법, 실험실 배양법, 그리고 후속적 긁개작업을 적용하였다. 현장세척법은 압축분무기(profession plus12, Marolex, Poland)로 시료 표면을 세척하여 표면에 존재하는 중형저서부착생물을 분리시켰다. 두 번째 실험실배양법은 쓰레기 시료 표면에 있는 좁은 틈 사이에 존재하는 생물이 자연스럽게 여과해수로 빠져나오도록 하는 방법이다. 중형저서동물 배양에서 먹이공급은 생물의 서식밀도와 출현분류군 수에 영향을 미친다고 알려져 있다(신 등 2020). 그래서, 본 연구에서는 먹이공급을 제외한 조사해역의 환경조건과 유사하게 조성하기 위해 현장 환경조건[수온(18–20°C), 염분(9–33.6 psu), 12시간 광주기(Light:Dark, 12:12)의 배양조건(대한과학, Wisd, WiseCube)]을 설정하였다. 배양기간은 해양환경으로 유입된 플라스틱에 생물막(biofilm)이 형성되기 이전인 7일 이내를 참고하여(Lobelle and Cunliffe 2011) 설정하였다. 세 번째 긁개작업은 배양 후 긁개(4 inch, Smato, China)로 시료의 표면을 긁어 부착생물을 채취하였다. 채집된 중형저서부착생물 시료는 표준체를 이용하여 세 크기그룹(40–60 μm, 60–300 μm, 300–1,000 μm)으로 구분 후 반으로 분할 하였다. 반으로 분할된 시료를 중성포르말린(Junsei, Japan)으로 최종농도가 5%가 되도록 고정하였고, 나머지 시료는 여과해수시료와 99% 에탄올(Samchun, Korea)을 1:1 비율로 넣은 후 고정하였다. 그 중 에탄올 고정시료를 계수판에서 실체현미경(Olympus SZ61, camera EP50) 하에서 동정 및 계수하였다. 분류체계는 Smith and Johnson (1977)을 따랐으며 종(species) 동정이 어려운 분류군들은 목(order) 수준까지 처리하였다. 생물시료의 서식밀도는 단위 표면적당 서식밀도(inds. 0.1 m-2)로 계산하였고, 세 크기그룹(40–60 μm, 60–300 μm, 300–1,000 μm)을 합하여 총 서식밀도로 사용하였다.
통계분석
플라스틱 재질, 표면적, 생물 서식밀도 그리고 출현 분류군 수의 유의성 검정과 상관관계 분석을 위해, SPSS (IBM SPSS statistics 24, IBM Corporation, U.S.A) 통계프로그램을 이용하여 일원배치 분산분석(One-way ANOVA)과 피어슨 상관분석(Pearson correlation analysis)을 하였다. 본 연구에서는 생물 서식밀도와 출현 분류군의 수를 종속변수로 설정하고 플라스틱 재질과 표면적은 종속변수를 결정하는 요인으로 가정하였다.
플라스틱 재질에 따른 생물 서식밀도와 출현 분류군 수의 차이를 파악하기 위하여 일원배치 분산분석을 하였다. 플라스틱 재질 요인과 종속변수인 생물서식밀도, 출현 분류군 수와의 정규성검정을 Shapiro-Wilk법으로 수행 후 일원배치 분산분석을 하였고, 사후분석은 Tukey‘s test로 하였다. 그리고, 플라스틱의 표면적과 생물 서식밀도, 출현 분류군 수와의 관계는 피어슨 상관분석을 하였다. 단위면적당 생물 서식밀도(inds. 0.1 m-2)는 상용로그(log10)로 변환하여 일원배치 분산분석과 피어슨 상관분석을 하였다.
3. 결 과
환경요인
2021년 6월에 조사해역 8곳에서 환경요인(수온, 염분, 수소이온농도, 용존산소)을 측정하였다(Fig. 2). 수온은 18.7– 22.5°C (평균 21.6°C)의 범위에서, 연구해역 중 명지에서 가장 높았다(23.1°C). 염분은 9.91–33.6(평균 29.8 psu)의 범위였고, 명지에서 가장 낮았다(9.91). pH는 7.72–8.08의 범위에서 큰 차이는 없었으나, 제주도 서쪽 해안에 위치한 용수포구에서 가장 높았다(8.28). 용존산소는 4.0–8.7 mg/L (평균 7.6 mg/L)의 범위에서, 고하도에서 가장 높았던 반면(9.8 mg/L), 명지에서 가장 낮았다(4.0 mg/L).
Fig. 2.
Spatial variation in environmental factors of surface waters from the sampling sites during June 2021. (a): water temperature (°C), (b): salinity (psu), (c): pH, (d): dissolved oxygen (mg/L); A: Yeongdo, B: Myeongji, C: Heungnam beach, D: Myodo, E: Gohado, F: Naechi beach, G: Yongsupogu, H: Shinyang beach
플라스틱 쓰레기의 재질과 표면적
조사해역에서 채집한 해양 중대형 쓰레기는 스티로폼과 플라스틱 부표, 밧줄, 그물, 포장용백, 지퍼백, 포장용기 뚜껑, 그리고 페트병 등이었다(Fig. 3). RIC를 기반으로 포장용 백과 지퍼백은 low-density polyethylene (LDPE), 그리고 플라스틱 부표와 페트병은 polyethylene terephthalate (PET)로 분류하였다. 그리고 밧줄과 그물, 포장용기 뚜껑은 polypropylene (PP)으로 분류하였다(Fig. 3, Table 1). RIC에 포함되지 않은 스티로폼 부표는 expanded polystyrene (EPS)으로 구분하여 총 4가지 재질로 분류되었다.
본 조사시기에 모든 해역에서 채집한 모든 쓰레기의 표면적은 0.0005–1.0880 m2의 범위였다(Table 1). 포장용백과 지퍼백의 재질인 LDPE의 평균 표면적이 가장 넓었고(0.4029±0.59 m2), 밧줄과 그물, 포장용기 뚜껑의 재질인 PP의 평균 표면적이 가장 작았다(0.0208±0.002 m2).
Table 1.
Characteristics of marine plastic debris collected from the sampling sites during June 2021. RIC: ASTM International Resin Identification Coding System, EPS: Expanded polystyrene, LDPE: Low Density Polyethylene, PET: Polyethylene Terephthalate, PP: Polypropylene
재질별 출현 서식밀도와 빈도
중대형 플라스틱 쓰레기 표면에 부착 및 서식한 중형저서부착생물(40–1,000 μm) 서식밀도는 0–11,469 inds. 0.1 m-2의 범위에서 출현하였고, 쓰레기 재질에 따른 서식밀도 차이가 확인되었다(Fig. 4). EPS와 PP에서 출현한 서식밀도가 상대적으로 높았던 반면, LDPE와 PET에서는 상대적으로 낮았다(Fig. 4). PP에서 출현한 서식밀도는 내치해변(11,469 inds. 0.1 m-2)에서 가장 높았고, 신양해수욕장에서 가장 낮았다(61 inds. 0.1 m-2, Fig. 4c). EPS에서 출현한 서식밀도는 명지(6,337 inds. 0.1 m-2)와 영도(2,097 inds. 0.1 m-2)에서 가장 높았으며, 그 외 다섯 곳(흥남해수욕장, 묘도, 고하도, 내치해변, 신양해수욕장)에서는 명지와 영도에 비해 약 40배 이상 낮은 29–195 inds. 0.1 m-2의 범위를 나타냈다(Fig. 4a). PET 재질의 쓰레기가 출현한 곳 중에서 영도(296 inds. 0.1 m-2)에서 가장 높았고, 제주 용수포구에서 가장 낮았으며(21 inds. 0.1 m-2, Fig. 4d), 흥남해수욕장(72 inds. 0.1 m-2)을 제외한 다른 곳에서는 출현하지 않았다. LDPE에서 출현한 서식밀도는 명지에서 가장 높았고(133 inds. 0.1 m-2), 고하도에서 가장 낮았으며(4 inds. 0.1 m-2, Fig. 4b), 묘도(12 inds. 0.1 m-2)를 제외한 다른 곳에서는 출현하지 않았다.
Fig. 4.
Spatial variation in the abundances (inds. 0.1 m-2) of meiofaunal biofouling according to the polymer type of marine plastic debris collected during June 2021. (a): Expanded polystyrene, (b): Low density polyethylene, (c): Polypropylene, (d): Polyethylene Terephthalate. A: Yeongdo, B: Myeongji, C: Heungnam beach, D: Myodo, E: Gohado, F: Naechi beach, G: Yongsupogu, H: Shinyang beach. N/A: Not available
중대형 플라스틱 쓰레기에서 출현한 우점 생물분류군의 출현빈도는 재질과 채집 해역에 따른 차이를 나타냈다(Fig. 5). EPS와 PP 재질의 쓰레기에서 우점 분류군의 출현빈도가 LDPE와 PET 재질보다 더 높았고, 이동성 생물과 부착생물이 모두 출현하였다. EPS에서는 저서성 요각류(영도: 80.4%, 신양해수욕장: 42.9%), 선충류(명지: 67.1%) 이매패류(흥남해수욕장: 33.9%), 단각류(묘도: 37.5%), 자포동물(고하도: 52.8%, 내치해변: 71.4%)이 주요 우점 분류군이었다(Fig. 5a). PP에서는 이매패류(고하도: 40.7%, 영도: 38.9%), 저서성 요각류(용수포구: 96.6%, 흥남해수욕장: 75.4%, 영도: 22.2%), 선충류(묘도: 49.1%), 유공충류(내치해변: 46.9%), 그리고 기타류[(미동정 유생과 어류 및 저서생물의 난); 신양해수욕장: 55.6%]가 주요 우점 분류군이었다(Fig. 5c). 반면, LDPE에서는 선충류(묘도: 33.3%, 명지: 31.3%)와 패충류(고하도: 60.0%)가 주요 우점 분류군이었고(Fig. 5b), PET에서는 저서성 요각류(영도: 47.9%), 기타류(흥남해수욕장: 56.5%), 유공충류(용수포구: 80.0%), 그리고 복족류(신양해수욕장: 46.2%)가 주요 우점 분류군이었다(Fig. 5d). LDPE와 PET에서는 부착성 생물보다 이동성 생물의 출현빈도가 상대적으로 더 높았다.
Fig. 5.
Spatial variation in the relative abundance (%) of meiofaunal biofouling according to the polymer type of marine plastic debris collected during June 2021. (a): Expanded polystyrene, (b): Low density polyethylene, (c): Polypropylene, (d): Polyethylene Terephthalate. A: Yeongdo, B: Myeongji, C: Heungnam beach, D: Myodo, E: Gohado, F: Naechi beach, G: Yongsupogu, H: Shinyang beach. N/A: Not available
중형저서부착생물의 평균 서식밀도와 우점 분류군
플라스틱 재질별 중형저서부착생물의 평균 서식밀도는 PP에서 유의하게 가장 높았고(평균 3,225±7,080 inds. 0.1 m-2), LDPE에서 가장 낮았다(평균 50±72 inds. 0.1 m-2)(df = 3, F = 7.45, p = 0.002; Fig. 6, Table 3).
Fig. 6.
The averaged abundances (inds. 0.1 m-2) according to the polymer type of marine plastic debris collected during June 2021. Error bars represent standard deviation (SD). Different letters above bars denote significant differences (Tukey’s Test). EPS: Expanded polystyrene (n = 7), LDPE: Low density polyethylene (n = 3), PET: Polyethylene Terephthalate (n = 5), PP: Polypropylene (n = 9)
중형저서부착생물의 출현 분류군은 총 11문, 10강, 12목과 35분류군이었고, 출현한 생물은 환형동물, 절지동물, 자포동물, 갑각류, 유즐동물, 연체동물, 유형동물, 선형동물, 편형동물, 유공충류, 그리고 기타류(미동정 유생과 어류 및 저서생물의 난)이었다 (Table 2). 재질별 출현 분류군은 PP에서 가장 다양하였고(10문, 9강, 11목과 26분류군), LDPE에서 가장 적었으나(7문, 7강, 6목과 13분류군), 플라스틱 재질에 따른 차이는 없었다(df = 3, F = 1.66, p = 0.21, Table 3).
Table 2.
List of meiofaunal biofouling taxa on the marine plastic debris collected from sampling sites during June 2021. EPS: Expanded polystyrene, LDPE: Low Density Polyethylene, PET: Polyethylene Terephthalate, PP: Polypropylene
Table 3.
Summary of One-way ANOVA test results for abundance and number of taxa according to the polymer types of marine plastic debris. Significant results are shown in bold
반면, 플라스틱 재질에 따른 우점 분류군의 차이가 있었다(Fig. 7). 재질별 우점 분류군은 저서성 요각류(EPS: 21.6%, PP:27.1%), 선충류(LDPE: 23.2%), 그리고 유공충류(PET: 29.6%)였다. EPS와 PP에서 저서성 요각류가 극우점하였고, 선충류가 차우점하였다. LDPE에서는 선충류(23.2%)와 패충류(20.2%)가 우점하였고, 패충류의 출현율은 다른 재질(EPS, PET, PP)에 비해 약 5배 이상 높았다. PET에서의 유공충류 출현율(29.6%)은 EPS (3.0%)와 PP (6.2%)보다 높았다.
표면적에 따른 출현 서식밀도와 분류군 수의 관계
조사기간 중 채집된 모든 중대형 플라스틱 쓰레기의 평균 표면적은 LDPE 재질이 가장 넓었고(0.4029 m2), PP가 가장 좁았다(0.0208 m2, Table 1). 반면, 플라스틱 재질별 중형저서부착생물 서식밀도와 출현 분류군 수는 PP에서 가장 높았고, LDPE에서 가장 낮았다(Fig. 6, Table 2). 중대형 플라스틱 쓰레기의 표면적에 따른 중형저서부착생물 서식밀도는 음의 상관관계를 나타냈고(r = -0.487, p = 0.02; Fig. 8a), 표면적과 출현분류군 수는 상관성이 없었다(r = 0.147, p = 0.49; Fig. 8b).
4. 고 찰
RIC를 이용한 중대형 플라스틱 쓰레기 재질 분류
본 연구기간 동안(2021년 6월)에 남동해역과 남서해역, 그리고 제주해역에 위치한 오염심각해역 8곳에서 채집한 중대형 플라스틱 쓰레기(> 10 cm)는 부표, 밧줄, 그물, 포장용품, 그리고 페트병 등이었고, 대부분 표면이 훼손된 상태였다. 해양 미세플라스틱(< 5 mm)의 경우, 해수 중 존재하는 미세플라스틱을 해부현미경 하에서 형태적으로 분류한 후, 적외선분광광도계(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR)로 재질분석을 한다(Andrady 2011; Hidalgo-Ruz et al. 2012; 채 등 2014). 반면, 중대형 플라스틱 쓰레기의 경우, 해양환경에서 오랜시간 바람과 햇볕에 노출되어 라벨이 훼손된 경우가 일반적이어서, 국제적 기준표인 RIC를 근거하여 재질을 분류하였고, 특히 현장에서 육안으로 분류할 때 매우 유용하였다. RIC에 근거한 분류법으로 플라스틱 재질을 판단 후, 필요한 경우 적외선분광광도계를 이용하여 자료를 추가 보완할 수 있다.
플라스틱 재질에 따른 분류군 조성과 우점분류군
조사기간 중 채집된 중대형 플라스틱 쓰레기는 부표(스티로폼, 플라스틱), 그물, 밧줄, 포장용백, 지퍼백, 포장용기, 포장용기 뚜껑, 그리고 페트병 등이었고, 모든 종류에서 중형저서부착생물(40–1,000 μm)이 관찰되었다. 본 연구기간 동안 채집된 중대형 플라스틱 쓰레기에서 출현한 중형저서부착생물은 총 11문, 10강, 12목과 35분류군(환형동물, 절지동물, 자포동물, 갑각류, 유즐동물, 연체동물, 유형동물, 선형동물, 편형동물, 유공충류, 기타 대형저서생물)이었다. 현재까지 본 연구결과와 직접 비교할 수 있는 동일한 크기그룹의 선행연구 결과가 없어, 제한적으로 플라스틱 표면 부착오손생물로 보고된 대형저서생물군집(> 1,000 μm)의 분류군 수와 비교하였다. Shabani et al. (2019)의 북부페르시아만에서 채집된 132개의 해양 플라스틱 쓰레기에서 따개비류 Amphibalanus amphitrite와 이매패류 Saccostrea cucullata를 포함한 21종의 분류군이 확인되었다. 그리고, 터키 북동부 레반틴 연안의 플라스틱 쓰레기에서는 다모류에 속하는 Spirobranchus triqueter, Hydroides sp.와 이매패류인 Neopycnodonte cochlear을 포함한 6문, 11목, 17종이 보고되었다. 두 선행연구와 비교하였을 때 국내 해역에서 채집된 플라스틱 쓰레기의 생물 출현분류군 수가 더 많았다. 그러나, 태평양 코큄보 해역에서 채집된 플라스틱 쓰레기에서는 환형동물과 절지동물을 포함한 총 14문, 134종의 분류군이 확인되었고(Astudillo et al. 2009), 북태평양에서 절지동물과 연체동물을 포함한 총 11문 95개의 분류군이 확인되어(Goldstein et al. 2014), 본 연구결과 보다 더 많이 출현하였다. 선행연구 결과들과 본 연구결과를 직접 비교하는 것은 크기가 큰 대형저서생물과 중형저서생물의 분류 및 동정 (identification) 수준이 달라 무리가 있으나, 비교가능한 수준의 연구결과가 없어 제한적인 범위에서 비교하고자 하였다. 그럼에도 불구하고, 대형저서생물을 조사한 선행연구들에서 보고된 출현 분류군 수가 차이를 나타낸 것은, 플라스틱이 채집될 때의 조건과 플라스틱 표면 상태와 밀접한 것으로 여겨졌다. 북부 페르시아만과 터키 북동부에서는 해안으로 떠밀려온 플라스틱 쓰레기를 채집했고, 태평양 코큄보 해역과 북태평양에서는 해수면에 부유하는 부유쓰레기를 채집하였다. 해안쓰레기는 빛과 공기 중에 장시간 노출되면, 플라스틱 표면이 건조되어 해수에 부유하는 부유쓰레기보다 상대적으로 출현 분류군 수가 더 적을 수 있다(Shabani et al. 2019). 본 연구기간에 채집한 중대형 플라스틱 쓰레기는 해안에 떠밀려온 해안쓰레기 중 해수와 접촉되어 있는 것을 채집하였고, 건조된 쓰레기는 제외했기 때문에 출현분류군 수가 기존에 보고된 부유쓰레기보다는 적고, 해안에서 채집된 쓰레기보다 많았던 것으로 판단된다.
본 연구에서 채집된 중대형 플라스틱 쓰레기에서 출현한 중형저서부착생물의 우점분류군은 저서성 요각류, 선충류, 그리고 유공충류였다(Fig. 7). 선충류와 저서성 요각류는 중형저서생물 군집에서 가장 우점하는 분류군으로서 숙주에 기생하거나 편리공생의 형태로 서식하는 생물로도 알려져 있다(이 등 2002). 유공충은 성장단계와 종에 따라 서식 수심이 달라지며, 저서성과 부유성으로 분류된다(Schiebel and Hemleben 2005; 현 등 2013). 본 연구에서 플라스틱 쓰레기 재질별 출현 우점종은 EPS와 PP에서 저서성 요각류였고, 선충류는 LDPE에서, 그리고 유공충류는 PET에서 극우점하였다(Fig. 7). 해수면에 부유하는 플라스틱 부표의 부착오손생물 군집조사에서는 절지동물, 환형동물, 그리고 연체동물 등이 주요 우점분류군으로 보고되었다(Astudillo et al. 2009). 플라스틱 병에서는 주로 따개비류가 우점하였으며, 스티로폼 부표에는 따개비류와 녹조류, 갈조류 등이 우점하였다(Shabani et al. 2019). 플라스틱 파편, 밧줄, 그리고 스티로폼 등에서는 절지동물, 연체동물, 그리고 자포동물이 우점하였다(Goldstein et al. 2014).
본 연구에서 해양 중대형 플라스틱 쓰레기에서 채집된 중형저서부착생물(40–1,000 μm)에 관련된 연구사례가 전무하여, 플라스틱 재질(EPS, LDPE, PET, PP)에 따른 우점종 결과를 비교하기가 어려우나, 국내에서 보고된 일반 연성저질에서의 중형저서동물 우점 분류군인 것을 확인하였다. 우리나라 연안에서 보고된 중형저서동물 군집은 선충류, 저서성 요각류, 유공충류, 요각류 유생이 주로 우점하고, 다모류, 이매패류, 동문동물, 완보동물, 짠물응애류, 복모동물을 포함한 분류군이 출현한다(김 등 1998, 2000, 2014; Pavlyuk and Trebukhova 2011; 이 등 2016, 2019; 신 등 2019; 강과 김 2020; 강 2022). 본 연구에서 채집된 플라스틱 쓰레기에서 출현한 분류군들은 국내에서 보고된 일반 연성 저질에서의 중형저서동물 우점 분류군인 것을 확인하였다. 서남해역의 퇴적물에서 채집된 중형저서동물 분류군 중 선충류가 극우점하고(42–87%), 환형동물, 저서유공충류, 그리고 저서성 요각류 등이 차우점하였다(민 등 2003). 그리고, 본 연구 남동부 해역의 근처인 거제와 통영 연안의 퇴적물에서는 선충류가 극우점하였고(김 등 1998; 강 2022), 본 연구 남서부 해역의 묘도 인근인 광양만과 여수 가막만 연안에서도 마찬가지로 선충류가 극우점하였으며, 저서성 요각류, 요각류 유생, 유공충류가 차우점하였고(김 등 2000; 이 등 2016, 2019; 강 2022), 제주 해역 연안에서 또한 선충류가 주로 우점하였다(Pavlyuk and Trebukhova 2011; 신 등 2019). 남해와 서해 해양환경에 서식하는 동물플랑크톤 군집조사 결과 부유성 요각류의 출현율이 70% 이상이었다(장 등 2012; 최와 박 2013). 그래서, 국내 퇴적물의 중형저서생물과 해수의 동물플랑크톤 군집 연구결과를 종합해보면, 대부분 해역에서 선충류와 저서성 및 부유성 요각류, 그리고 유공충류가 주로 출현하였다. LDPE와 PP 재질에 출현한 Siphonostomatoida는 대부분 기생성으로 불가사리(Asteroida)에 기생하는 것으로 알려져 있다(Boxshall and Ohtsuka 2001). 그러나, 2015년 동해에서 정치망으로 어획된 청새치(Istiompax indica) 복부에서 Siphonostomatoida에 속하는 Gloiopotes huttoni가 기생한 것으로 보고된 바 있다(Venmathi Maran et al. 2015). 플라스틱 쓰레기에 출현한 패류(복족류 및 이매패류)는 유생형태로 확인되었으며, 국내 연안 서식 종으로는 전복과(Haliotidae), 소라(Batillus cornutus), 굴(Crassostrea gigas), 지중해담치(Mytilus galloprovincialis), 바지락(Ruditapes philippinarum), 그리고 대복(Gomphina veneriformis)등이 알려져 있다(목 등 2010; 김 등 2016).
위에서 언급된 내용을 토대로, 중대형 플라스틱 쓰레기에서 확인된 중형저서부착생물의 우점종이 쓰레기가 채집된 각 해역에 서식하고 있는 부유 및 중형저서생물 군집과 관련이 있을 수 있다. 특히 간헐적으로 출현하는 부유성 요각류는 쓰레기 채집 당시의 환경에서 일시적으로 편승한 것으로 생각된다. 반면 기생성 요각류의 경우는 특정한 숙주가 없음에도 중대형 플라스틱 쓰레기 표면에서 출현했다는 점은 매우 특이한 결과이다. 향후 외래종 및 위해종 유입 가능성을 확인하기 위해 플라스틱 쓰레기를 채집한 해역의 주요서식종과 비교하거나 부착생물의 추가정밀분석이 필요할 것으로 판단된다.
한편, 2011년 동일본 대지진 이후 태평양을 건너간 각종 중대형 쓰레기가 하와이와 캘리포니아 연안에 발견되었으며, 쓰레기 표면에는 일본해역에 서식하는 대형무척추동물, 어류, 원생생물이 있었다(Miller et al. 2018). 이는 플라스틱 쓰레기에 부착하여 형성된 오손생물이 전혀 다른 생물지리역으로 이동하여 고유 해양 생태계에 영향을 끼칠 수 있는 사례이며, 중대형 플라스틱 쓰레기가 외래종의 유입 매개체가 될 수 있음을 의미한다. 이처럼 해양환경으로 유입된 플라스틱 쓰레기에서 형성된 부착오손생물이 다른 해역으로 이동하면, 외래종이 유입되고 확산될 수 있는 가능성이 있다. 마찬가지로 본 연구에서 채집한 중대형 플라스틱 쓰레기에 형성된 중형저서부착생물(40–1,000 μm)들도 다른 생물지리역에서 부착되어 발달된 경우라면, 우리나라 해변에 표착되어 우리 고유생태계에 유입될 수 있을 것이다.
플라스틱 재질과 표면적 그리고 서식밀도
중대형 플라스틱에서 관찰된 중형저서부착생물의 평균 서식밀도는 LDPE와 PET보다 PP에서 유의하게 높았으며(Fig. 6, Table 3), 이는 플라스틱 재질이 중형저서부착생물의 서식밀도와 관련이 있을 수 있음을 의미한다. 부착생물의 초기 유입 및 성장과정이 플라스틱 표면 기질과 물리화학적 표면 특성에 우선하여 결정된다고 보고된 바 있다(Absolom et al. 1983). 플라스틱 표면의 습윤성(wettability), 거칠기(roughness), 친수성(hydrophilic), 그리고 소수성(hydrophobic) 등의 특징들이 부착오손생물의 초기 부착 서식밀도와 밀접한 것으로 알려져 있다(Wahl and Mark 1999; Pauli et al. 2017).
부착오손생물 서식밀도를 결정할 수 있는 또 다른 요인으로서 플라스틱 표면적을 들 수 있다. 본 연구에서는 플라스틱 표면적이 작을수록 중형저서부착생물의 서식밀도가 유의하게 증가하였다(r = -0.487, p = 0.02; Fig. 8a). 반면, Gündoğdu et al. (2017)는 플라스틱 표면적이 넓을수록 부착오손생물의 서식밀도가 증가하는 양의 상관관계를 보고하였다. 본 연구에서 출현한 중형저서부착생물(40–1,000 μm)의 주요 우점종은 이동능력이 있는 선충류와 저서성 요각류였던 반면, Gündoğdu et al. (2017)의 연구에서는 1 mm 이상의 이동성이 없는 다모류인 Spirobranchus triqueter와 이매패류 Neopycnodonte cochlear가 주요 출현 부착생물이었다.
Fig. 8.
Relationship between abundance and number of taxa of meiofaunal biofouling, and surface area of marine plastic debris (m2). (a): Correlation between surface area of marine plastic debris and log10 (abundance)(n = 24), (b): Correlation between surface area of marine plastic debris and number of taxa (n = 24)
또한, 본 연구에서 채집된 플라스틱 쓰레기의 표면적 외에도 스티로폼 부표와 밧줄의 표면특성을 고려해보면, 중형저서부착생물의 밀집서식이 가능한 미세공간이 존재하는 것으로 판단된다. 밧줄과 그물은 여러 섬유가닥을 꼬아서 만들어진 강한 내구성을 가진 제품으로서, 해수에 젖어 있는 상태에서는 섬유 사이에 생물이 서식할 수 있는 내부 공간이 생기는 것으로 판단된다. 또한, 스티로폼 부표는 폴리스티렌(polystyrene, PS)을 비드로 제조한 후 여러 개의 비드를 합쳐서 제품을 성형하기 때문에 스티로폼의 외부 표면과 내부를 파고드는 생물(예: 환형동물)이 관찰되었다(Jang et al. 2018). 반면, PET와 LDPE 재질의 플라스틱 쓰레기는 표면특성상 매끄러운 것들이 대부분이어서 중형저서부착생물이 파고들어가 기거할 수 있는 또 다른 미세공간이 빈약하여, EPS와 PP 재질의 쓰레기 표면에서 관찰된 생물(40–1,000 μm)의 서식밀도 보다 낮을 것으로 판단된다. 따라서 중대형 플라스틱에서 관찰되는 중형저서부착생물은 플라스틱 쓰레기의 재질과 표면적 외에도 플라스틱 쓰레기의 형태적 특징에 따라 생물의 부착 및 성장 가능성이 달라질 수 있으므로, 이 부분을 고려한 채집 및 생물 분리방법과 분석이 고려되어야 할 필요가 있다.
5. 결 론
2021년 6월에 총 8곳의 오염심각해역에서 채집된 해양 중대형 플라스틱 쓰레기에서 중형저서부착생물(40–1,000 μm)의 서식밀도와 분류군 조성을 조사하였다. 채집된 쓰레기 재질은 RIC (ASTM International Resin Identification Coding System)를 기준으로 총 4가지(EPS, LDPE, PET, PP)로 분류되었고, 출현한 분류군은 총 11문, 10강, 12목과 35분류군이었다.
관찰된 중형저서부착생물 중 우점 출현분류군은 선충류, 저서성 요각류, 그리고 유공충류였으며, 이는 우점분류군의 종류는 비슷하지만 일반적인 경우 대부분의 퇴적환경에서 선충류가 우점하는 것과는 차이가 있다. 중형저서부착생물 서식밀도는 플라스틱 쓰레기의 표면적이 가장 작은 PP 재질에서 가장 높았고(평균 3,225±7,080 inds. 0.1 m-2), 가장 넓은 LDPE에서 가장 낮았다(평균 50±72 inds. 0.1 m-2). PP 재질의 밧줄형 쓰레기에서 출현한 가장 높은 서식밀도는 쓰레기의 재질 및 표면적과 유의한 관계를 나타냈고(p < 0.05), 이 외에 쓰레기의 형태적 특징(틈새공간)과도 관련 있는 것으로 토의되었다.
